Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Thermoclinching : a novel joining process for lightweight structures in multi-material design

Gude M., Hufenbach W., Vogel C., Freund A., Kupfer R.

Composites Theory and Practice

|

2014

|

R. 14, nr 3

128--133

EN

In the scope of reduced resource consumption and CO2 emissions, lightweight structures in multi-material-design offer a high potential for use in aviation or automotive applications. Though, to take advantage of the specific structural and functional properties of the different materials of hybrid structures, it is necessary to provide adapted manufacturing and joining technologies. This article presents the development of a new thermoclinching joining process to produce hybrid structures with continuous fiber reinforced thermoplastic composites and metallic components. Based on the principles of staking and the classical clinching process, thermoclinching technology ensures element free and form-closed joints by plastic deformation of the reinforced thermoplastic component. To approve the technological concept of the thermoclinching process, prototypic joints with both reinforced and non-reinforced thermoplastics were produced and experimentally tested, revealing up to 50% higher failure loads of the reinforced joints. In order to understand the generated fiber reorientation during the thermoclinching process and its optimization, the produced joints were analyzed using non-destructive and destructive testing methods such as computed tomography scans and micrograph analysis. It was shown that parts of the textile reinforcement were purposefully relocated into the neck and head area of the joint and thus considerably contribute to the load carrying capacity of the joint. Process simulations are performed to predict the plastic deformation and the resulting fiber orientation during the joining process. Even now, it can be stated that without the necessity to apply any additional joining elements, the developed thermoclinching technology projects a high lightweight potential for future composite structures.

PL

W celu zmniejszenia zużycia energii i emisji CO2 coraz częściej projektuje się lekkie konstrukcje z wykorzystaniem materiałów z różnych grup, których potencjał predestynuje je do stosowania w przemyśle lotniczym i motoryzacyjnym. Jednak, aby wykorzystać wyjątkowe właściwości materiałów hybrydowych, konieczne jest zapewnienie odpowiednio zaprojektowanych metod wytwarzania i łączenia. W niniejszej pracy przedstawiono opracowanie nowego procesu łączenia materiałów pochodzących z różnych grup, np. tworzyw termoplastycznych wzmacnianych włóknami ciągłymi i metali. W oparciu o zasady spęczania i klasycznego procesu zaciskania technologia „thermoclinching” została opracowana w taki sposób, że zapewnia zamkniętą postać połączenia, wykorzystując odkształcenie plastyczne tworzywa termoplastycznego. W celu zweryfikowania koncepcji procesu „thermoclinching” wykonano złącza z tworzyw termoplastycznych zarówno wzmocnionych, jak i niewzmocnionych włóknami ciągłymi. W przypadku materiału wzmocnionego zaobserwowano o ponad 50% wzrost wartości obciążeń, potrzebnych do zniszczenia takiego połączenia, w porównaniu do termoplastu niewzmocnionego. W celu określenia sposobu przemieszczania się włókien podczas procesu „thermoclinching” wykonane złącza przebadano za pomocą zarówno niszczących, jak i nieniszczących metod badania materiałów, m.in. tomografii komputerowej i mikroskopii świetlnej. W pracy pokazano, że część wzmocnienia została celowo przesunięta do środkowej i dolnej części połączenia, przyczyniając się tym samym do zwiększenia nośności połączenia. Wykonano również symulacje komputerowe w celu przewidzenia odkształcenia plastycznego oraz przesunięcia wzmocnienia w trakcie procesu łączenia. Na podstawie przeprowadzonych badań można stwierdzić, że opracowana technologia „thermoclinching” pozwala na łączenie lekkich materiałów kompozytowych bez konieczności stosowania dodatkowych elementów łączących oraz ma wysoki potencjał aplikacyjny w perspektywie przyszłych zastosowań w technologiach materiałów kompozytowych.

2

Ocena aplikacji płyt z laminatów na bazie wyplatanych preform z włókien szklanych wytwarzanych metodą RTM

Kozioł M., Hufenbach W., Czulak A., Małdachowska A.

Przetwórstwo Tworzyw

|

2013

|

[R.] 19, nr 1 (151)

16--22

PL

Praca przedstawia wyniki prób zginania trójpunktowego laminatów kompozytowych, wytworzonych metodą RTM, na bazie preform z włókna szklanego uzyskanych poprzez złożenie rękawów wyplecionych na rdzeń. Przeprowadzono analizę zmian właściwości mechanicznych laminatów w miarę zmian kąta ułożenia pasm włókien względem osi rdzenia. Stwierdzono, że struktury wyplatane z włókna szklanego stanowią wartościowy materiał wzmacniający dla płyt z laminatów o osnowach polimerowych. Uzyskany poziom wytrzymałości oraz modułu przy zginaniu kwalifikują laminaty plecionkowe jako porównywalne z ekwiwalentnymi „klasycznymi” laminatami na bazie tkanin. Dodatkowo, laminaty na bazie plecionek cechuje większa odkształcalność, co wiąże się z możliwością łatwiejszego układania w formach - ma to znaczenie przy produkcji elementów zaokrąglonych i o skomplikowanym kształcie. Praca stanowi wstępny etap do dalszych badań nad stosowaniem techniki wyplatania w technologii laminatów.

EN

The paper presents the results of 3-point bending tests conducted on composite laminates, manufactured via RTM method, reinforced with the glass fibre preforms made by flattening of braided sleeves. The analysis of changes in mechanical properties with the changes in reinforcing strands angle was done. It was found that glass-fibre braided structures are valuable reinforcing material for PMC laminate panels. The achieved level of flexural strength and modulus qualifies the flattened-braided laminates as equivalent to „classic” laminates reinforced with woven structures. Moreover, the flattened-braided laminates show much higher deformability, which enables easier placement into the moulds - it is especially important by manufacturing of round-shaped or shape-complicated elements. The paper is a initial part for further investigations over application of braiding technique in the technology of PMC composite laminates.

3

Automated data analysis based on signal processing for two dimensional NDI data of the composite structures

Dragan K., Stefaniuk M., Czulak A., Bieniaś J., Dziendzikowski M., Leski A., Gude M., Hufenbach W.

Przetwórstwo Tworzyw

|

2013

|

[R.] 19, nr 1 (151)

4--8

EN

The present paper describes a structural data analysis approach in which two dimensional NDI data coming from various sources is analyzed and processed by a computerized tool. Results of that processing are used to provide a quantitative measure of the state of the inspected specimen and of the extent and nature of damage. Authors mainly refer to the usage of such systems in the context of composite materials and impact damage in particular, examples are given. In the analytical system the main measurement data source considered is the ultrasonic inspection coming in the form C-scan images. These images are then processed and analyzed with the use of machine learning/statistical classification algorithms. These algorithms are reinforced with data coming from a damage fingerprint database, which stores training data in various formats. Authors describe the methods used for each step of the analysis, and review existing algorithms and methodologies which may be used to assist quantification process.

PL

Niniejsza praca opisuje podejście do analizy danych, w której dwuwymiarowe zobrazowania wyników badań nieniszczących są analizowane i przetwarzane przez narzędzie programowe. Wyniki owego przetwarzania użyte są do ilościowego określenia stanu badanego elementu, ale także określenia rozmiaru uszkodzenia i jego natury. Autorzy odnoszą się głównie do wykorzystywania takowych systemów w kontekście materiałów kompozytowych, a w szczególności uszkodzenia udarowego, co zilustrowano przykładami. W niniejszym systemie analitycznym głównym źródłem danych pomiarowych ma być pomiar ultradźwiękowy w formie zobrazowania C-Scan. Obrazy uzyskane w wyniku owego zobrazowania poddane zostają obróbce z wykorzystaniem metod uczenia maszynowego i elementów klasyfikacji statystycznej. Działania te opierają się na bazie danych znaczników uszkodzeń, która zasilona jest różnymi typami danych. Autorzy opisują różne algorytmy stosowane na każdym z etapów analizy, oraz dokonują przeglądu wykorzystywanych metod.

4

Manufacture of natural fiber-reinforced polyurethane composites using the long fiber injection process

Hufenbach W., Gude M., Geller S., Czulak A.

Polimery

|

2013

|

T. 58, nr 6

473-475

EN

This paper gives an overview of recent activities in the production of natural fiber- -reinforced polyurethane (PUR) composites. Extensive research is being conducted to develop marketable solutions for the production of bio-based plastics. In composite applications, natural fibers can be used as a substitute for synthetic fibers and help to make a significant contribution towards ecological and efficient lightweight components. In addition, an outlook on current developments in Long Fiber Injection (LFI) processing for the application of natural fiber-reinforced polyurethane composites, specifically in electric vehicles is given.

PL

Niniejszy artykuł zawiera informacje na temat aktualnych trendów związanych z produkcją kompozytów poliuretanowych (PUR) wzmocnionych włóknami naturalnymi. Zwrócono w nim uwagę na szeroko zakrojone badania nad opracowaniem rozwiązań w zakresie produkcji tworzyw polimerowych na bazie materiałów biologicznych, nadających się do wprowadzenia na rynek. Włókna naturalne mogą być stosowane jako substytut włókien syntetycznych pomagając w otrzymaniu lekkich materiałów i służąc jednocześnie ekologii. Omówiono także perspektywy rozwoju zastosowań procesu wtryskiwania z użyciem długich włókien (LFI z ang. long fiber injection) w szczególności do wytwarzania części do pojazdów elektrycznych.

5

Thermal analysis of 3D-CF/Al-MMC by means of DSC and dilatometry tests

Hufenbach W., Gude M., Czulak A., Malczyk P., Winkler A.

Composites Theory and Practice

|

2013

|

R. 13, nr 2

96--101

EN

Increasing demands for energy efficient lightweight structures capable of working in complex termomechanical loading conditions require the selection of appropriate load adapted materials as well as the development of associated manufacture processes ready for series production. Metal matrix composites with their advantages such as high thermal stability, reinforcement structure designability and high specific material properties have become more popular among materials applied as reliable load bearing products. To adapt the manufacturing process for these composites, understanding of solidification processes, the type and formation of interface and thermal behaviour of the composite are indispensable. The aim of this work was to understand the thermal behaviour of aluminium based metal matrix composites reinforced with carbon fibres 3D textile manufactured via the high pressure die casting (HPDC) process. Within the residual stress analysis and the sensitivity analysis of fibre coatings, plane specimens made of Al 226D with a carbon fibre (HTS) reinforcement with a nickel phosphorus coating have been investigated. Differential scanning calorimetry (DSC) and dilatometry tests have been performed considering the anisotropy of textiles and the formation of a crystallisation front in the cast specimens.

PL

Wzrastający popyt na kompozyty na osnowie metalowej charakteryzujące się zdolnością do pracy w złożonych warunkach termomechanicznych wymaga dokładnej selekcji materiałów, jak również stworzenia dostosowanego procesu produkcji seryjnej. Kompozyty o osnowie metali lekkich posiadają szereg zalet, dzięki którym stają się coraz bardziej popularne wśród materiałów przeznaczanych na odpowiedzialne konstrukcje. Z tych zalet między innymi należy wyróżnić: wysoką stabilność temperaturową, elastyczność w projektowaniu struktury umocnienia oraz wysokie własności mechaniczne w odniesieniu do gęstości. W celu zoptymalizowania i adaptacji procesu produkcji kompozytów do warunków wielkoseryjnych niezbędne jest zrozumienie własności termicznych wytworzonego materiału. Celem tej pracy było wyznaczenie podstawowych własności termicznych kompozytu na osnowie stopu aluminium wzmacnianego włóknem węglowym w postaci trójwymiarowych tkanin, w procesie odlewania wysokociśnieniowego w kokilach. Włókno węglowe T800 infiltrowane było przez stop AlSi9Cu3(Fe) o numerze normy 226D. Z uwagi na bardzo dużą rozbieżność współczynników rozszerzalności cieplnej osnowy i wzmocnienia granica tych dwóch faz jest narażona na powstawanie naprężeń termicznych. Aby zniwelować powstałe naprężenia, niezbędne jest stosowanie pokrycia włókien węglowych przed procesem infiltracji. W pracy przeprowadzono badania skaningowej kalorymetrii różnicowej (DSC) oraz dylatometrii. Wykonano próby na próbkach nieumocnionych, umocnionych włóknami węglowymi oraz umocnionych włóknami węglowymi uprzednio pokrytymi powłoką niklowo-fosforową (NiP). Praca ta ukazuje, iż pokrywanie włókien węglowych powłoką na bazie niklu znacznie zmniejsza podatność produktu na mikropęknięcia, jak również ilość naprężeń termicznych powstałych w procesie produkcji odlewniczymi metodami wielkoseryjnymi.

6

Inspection methods for quality control of fibre metal laminates (FML) in aerospace components

Dragan K., Bieniaś J., Leski A., Czulak A., Hufenbach W.

Composites Theory and Practice

|

2012

|

R. 12, nr 4

272-278

EN

The advantages of FML structures (e.g. GLARE or CARAL) come from the improvement in durability of such structures, however, in such structures failure modes may also occur. Failure modes which may occur in such structures are similar to those in epoxy composites but some of them are associated with fracture mechanics similar to e.g. aluminium alloys. The quality control of materials and structures in aircraft is an important issue, also for FML laminates. For FML parts, a 100% non-destructive inspection for internal quality during the manufacturing process is required. In the case of FML composites, the most significant defects that should be detected by non-destructive testing are porosity, delaminations and cracks. In this paper, the use of non-destructive different methods for the inspection of Fibre Metal Laminates was presented. The novelty in the approach will include the use of multimode and highly specialized inspection methods such as: ultrasonics, thermography, air-coupled ultrasonics, and X-ray tomography.

PL

Zalety stosowania struktur FML (np. GLARE, CARALL) wynikają ze zwiększonych własności wytrzymałościowych takich struktur, jednakże w takich strukturach mogą również wystąpić uszkodzenia. Uszkodzenia, jakie mogą wystąpić w takich strukturach, są zbliżone do tych, które występują w kompozytach epoksydowych, jednakże niektóre z nich są związane z mechaniką pękania zbliżoną do analogicznej problematyki w stopach aluminium. W przypadku konstrukcji lotniczych kontrola jakości jest istotna również dla materiałów FML. Dla takich materiałów wymagane jest badanie całości struktur w szczególności podczas wytwarzania. W przypadku kompozytów FML uszkodzenia, jakie powinny być wykryte dzięki badaniom nieniszczącym, to porowatość i rozwarstwienia oraz pęknięcia. W artykule przedstawiono podejście do badań takich materiałów wykonanych z FML z wykorzystaniem badań metodami nieniszczącymi. Nowość w podejściu do badań to wyniki badań otrzymane różnymi metodami, w tym wysoko specjalistycznymi i takimi jak: ultradźwięki, termografia ultradźwięki propagujące w powietrzu i tomografia komputerowa.

7

Computer tomography-aided non-destructive and destructive testing in composite engineering

Hufenbach W., Gude M., Ulrich H. J. H. J., Czulak A., Danczak M., Bohm R., Zscheyge M., Geske V.

Composites Theory and Practice

|

2012

|

R. 12, nr 4

279-284

EN

The inner material structure as well as voids and damages in composite materials have a significant influence on mechanical material behaviour. Thus, for a reliable application of composites in safety relevant lightweight structures, knowledge of the inner material structure is of utmost significance. Computer tomography is an especially important part of nondestructive testing (NDT) both in research and industrial applications for non-transparent composites. Besides that, a novel in situ CT which enables the preparation of tomograms of specimens under loading conditions offers a better understanding of damage processes in composites. The paper gives examples for the advanced analysis of fibre-reinforced composites and their degradation behaviour using novel CT systems. The advantages of high resolution CT scans as well as corresponding FEM results are shown and an overview of the numerous application possibilities is given.

PL

Zarówno struktura wewnętrzna materiału, jak również nieciągłości i uszkodzenia w materiałach kompozytowych mają znaczący wpływ na właściwości mechaniczne materiału. Dlatego w celu bezpiecznego zastosowania kompozytów jako struktur lekkich znajomość wewnętrznej struktury materiału ma ogromne znaczenie. Szczególnie tomografia komputerowa jest ważną częścią badań nieniszczących (NDT), zarówno w przemyśle, jak również w wykorzystaniu kompozytów nieprzeźroczystych. Poza tym nowoczesna technologia badania in situ CT, która umożliwia wykonanie tomogramów badanych obiektów w warunkach obciążenia, pozwala na lepsze zrozumienie procesów powstawania uszkodzeń w kompozytach. W artykule przedstawiono przykłady zaawansowanej analizy struktury kompozytów włóknistych z wykorzystaniem nowych systemów CT pozwalających na zaobserwownie procesów ich niszczenia oraz zaprezentowano zalety wysokorozdzielczej tomografii komputerowej wraz z wynikami MES oraz przykładami jej praktycznego zastosowania.

8

Manufacture studies and impact behaviour of light metal matrix composites reinforced by steel wires

Hufenbach W., Ullrich H., Gude M., Czulak A., Malczyk P., Geske V.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2012

|

Vol. 12, no. 3

265--272

EN

Magnesium alloys play an important role in the development of light metal matrix composites. Magnesium based metal matrix composites reinforced by particles and fibres (especially carbon fibres) are successfully applied in various fields of automotive and aircraft industry. Equally high potential in large-batch production regarding to relatively low price and high strength is expected from MMC with wires made of iron-based alloys. However, their application is hampered by the absence of intermetallic phase between iron and magnesium and low solubility of iron in magnesium. This paper makes a contribution to the investigation of the effect of steel wires surface preparation and of optimised production methods to improve the quality and type of adhesion with selected industrial magnesium alloys. The Fe/Mg-MMC specimens with steel wires reinforcement were manufactured by the help of advanced gas pressure infiltration method (GPI) in a graphite mould at Institute of Lightweight Engineering and Polymer Technology (ILK) of TU Dresden. For the examination of the obtained composites the computer tomography (CT), SEM microscopy with EDX, strength tests and fracture surface inspection has been used.

9

Manufacturing and pressure tests of braided vessels with integrated optical fiber sensors

Hufenbach W., Gude M., Czulak A., Gąsior P., Kretschmann M.

Przetwórstwo Tworzyw

|

2011

|

[R.] 17, nr 6

454-459

EN

The novel braiding technology of glass fiber reinforcement structures has high potential to fabricate near-net-shaped fiber preforms of complex shaped composite vessels and to allow an accelerated manufacturing process, ensuring the reproducibility and good quality of the specimens. In this paper, the methodology of prototyping high-pressure composite vessels, manufactured with this novel technique, according to this construction type is shown. High pressure composite vessels have broad applications in many areas such as: automotive industry, aeronautics, rescue services, etc. In comparison to standard steel vessels, composite vessels have many advantages. High mechanical strength and strong weight reduction make composite vessels popular in novel technologies. An interesting example is a lightweight, high pressure vessel destined to store compressed fuels like methane or hydrogen. These gases are necessary to supply the fuel cell (mainly H2) or to direct burning of the gases in cars, special mobiles, and different equipment (ex. Stationary power generator etc.). However, the novel high-pressure composite vessel needs a very efficient manufacturing process and precise monitoring system. For suitable monitoring system, optical fiber sensors were used to register deformation areas, enabling their on-line or periodical technical monitoring. During the braiding process, between the last reinforcement layers, two types of optical fiber sensors were installed. Point sensors in the form of Fiber Bragg Gratings were used. FBGs are novel optical sensors recorded within the core of the standard optical fiber. Additional optical fiber sensors in form of FBGs for reference measurement were installed on the outer surface of the pressure vessel.

PL

Nowoczesne technologie wytwarzania konstrukcji zbrojonych wyplatanym włóknem szklanym mają duży potencjał w wytwarzaniu zbiorników kompozytowych o wysokiej dokładności wymiarowo-kształtowej, pozwalając na przyspieszenie procesu produkcyjnego, wraz z zapewnieniem powtarzalność oraz dobrej jakości próbek. W niniejszym opracowaniu pokazano metodologie produkcji prototypów wysokociśnieniowych zbiorników kompozytowych, wytwarzanych techniką dopasowaną do tego typu konstrukcji. Wysokociśnieniowe zbiorniki kompozytowe znajdują szerokie zastosowanie w wielu dziedzinach jak: przemysł motoryzacyjny, lotniczy czy w służbach ratowniczych itp. W porównaniu do standardowych zbiorników stalowych, zbiorniki kompozytowe posiadają wiele zalet. Wysoka wytrzymałość mechaniczna oraz niewielka masa sprawiają, że w produkcji kompozytowych zbiorników stosuje się coraz częściej nowoczesne technologie. Interesującym przykładem są lekkie wysokociśnieniowe zbiorniki przeznaczone do przechowywania sprężonych paliw, takie jak metan lub wodór. Gazy te są niezbędne do zasilania ogniw paliwowych (głównie H2) lub do bezpośredniego spalania w samochodach, pojazdach specjalnych oraz innych urządzeniach (np. w stacjonarnych agregatach prądotwórczych itp.). Ale te nowoczesne wysokociśnieniowe zbiorniki kompozytowe potrzebują wydajnego procesu produkcyjnego, jak również precyzyjnego systemu monitorowania. Z tego względu, w pracy wykorzystano czujniki optyczne do rejestracji obszarów odkształceń, pozwalające na ciągły lub okresowy monitoring. Podczas procesu wyplatania, dwa rodzaje siatek Bragga (FGB) zostały zintegrowane ze strukturą, pomiędzy przedostatnią, a ostatnią warstwą zbrojenia. W celu uzyskania wartości referencyjnych, dodatkowe optyczne czujniki zostały również zainstalowane na zewnętrznej powierzchni zbiornika ciśnieniowego.

10

Manufacturing and pressure test using infrared camera of carbon fibre reinforced braided composite vessels

Hufenbach W., Gude M., Blazejewski W., Czulak A., Borkowski A.

Przetwórstwo Tworzyw

|

2011

|

[R.] 17, nr 6

448-453

EN

Due to high specific mechanical properties, high design freedom combined with economic and reproducible manufacture processes, braided composites based on glass fibre reinforced hardening matrix systems exhibit a high application potential for high-pressure composite vessels. High-pressure composite vessels find broad application in many areas such as: automotive industry, aeronautics, rescue services, etc. In comparison to standard steel vessels, composite vessels have many advantages. High mechanical strength and high weight reduction make composite vessels popular in novel technologies. An interesting example is a lightweight, high-pressure vessel destined to store compressed fuels like methane or hydrogen. These gases are necessary either to supply the fuel cell (mainly H2) or for a direct combustion in cars, special mobile devices and different equipment (e.g. stationary power generator etc.). But the modern high-pressure composite vessel needs a research to recognize the emergence of damage leading to the destruction of its structure. The novel braiding technology of glass fibre reinforced structures has high potential to fabricate near-net-shaped fibre preforms of complex shaped composite vessels and allows to accelerate the manufacturing process, ensuring the reproducibility and good quality of the specimens. This publication contributes to the development of pressure test methods of braided high pressure composite vessels, describing the method of recognizing the change of temperature in the places where the structure damage occurs.

PL

Ze względu na dobre własności mechaniczne, dużą swobodę konstruowania oraz w połączeniu z ekonomicznymi i powtarzalnymi procesami produkcji, kompozyty wyplatane na bazie włókien szklanych z osnową chemoutwardzalną charakteryzują się wysokim potencjałem szczególnie w przypadku wytwarzania ciśnieniowych zbiorników kompozytowych. Obecnie wysoko ciśnieniowe zbiorniki kompozytowe znajdują szerokie zastosowanie w wielu dziedzinach, jak: przemysł motoryzacyjny, lotniczy, ratunkowy itd. W porównaniu do standardowych zbiorników stalowych, kompozytowe posiadają wiele zalet. Wysoka wytrzymałość mechaniczna i duża redukcja masy zbiorników kompozytowych powoduje, że stają się one popularne dzięki wykorzystaniu nowych technologii. Interesującym przykładem są lekkie, wysokociśnieniowe zbiorniki przeznaczone do przechowywania paliw sprężonych, takich jak metan lub wodór. Gazy te są niezbędne do zasilania ogniw paliwowych (głównie H2) lub do bezpośredniego spalania w samochodach, i innych urządzeniach mobilnych i specjalistycznych (np. stacjonarny agregat prądotwórczy itd.). W celu zrozumienia zachowania się tych materiałów wyplatanych niezbędne jest przeprowadzenie badań pozwalające na rozpoznanie uszkodzeń prowadzących do zniszczenia struktury zbiorników kompozytowych, pracujących w dużym zakresie ciśnienia gazu. Niniejsza publikacja przedstawia rozwój metod badawczych z wykorzystaniem kamery termowizyjnej pozwalających rozpoznać zmiany temperatury w miejscu uszkodzenia struktury wysokociśnieniowych zbiorników wyplatanych.

11

Characterization of novel thermoplastic-compatible piezoceramic modules for function integrative composite structures

Hufenbach W., Gude M., Heber T., Tyczynski T., Weber T.

Kompozyty

|

2011

|

R. 11, nr 2

147-151

EN

For the mass production of adaptive fibre-reinforced thermoplastic structures, the development of process-adapted piezoceramic modules is gaining central importance. Thermoplastic-compatible piezoceramic modules are being developed which are suitable for matrix-homogeneous adhesive-free integration of the modules in fibre-reinforced thermoplastic structures during a simultaneous welding process. The presented studies illustrate the destructive and non-destructive characterization of novel thermoplastic-compatible piezoceramic modules. Aiming at continuous improvement of module design and its manufacturing technology based on an adapted hot-pressing process, the adherence strength of the combined material partners after consolidation and suitable methods of defect defection are investigated. In addition, high voltage actuation tests under static and dynamic loading account for competitive module performance.

PL

Obecnie w produkcji seryjnej adaptacyjnych struktur termoplastycznych wzmocnionych włóknami na znaczeniu zyskują badania elementów piezoceramicznych odpowiednio dopasowanych do procesu wytwarzania. Opracowywane są takie elementy piezoceramiczne, które są kompatybilne z materiałami termoplastycznymi, jednocześnie pozwalające na homogeniczną integrację z osnową podczas jednoczesnego procesu spawania, bez konieczności zastosowania dodatkowych klejów. Przedstawiona praca prezentuje wyniki niszczących i nieniszczących badań nowych modułów piezoceramicznych kompatybilnych z materiałami termoplastycznymi. Dążąc do ciągłego doskonalenia procesu projektowania i wytwarzania elementów piezoceramicznych, w oparciu o dostosowany proces prasowania na gorąco, przebadano siłę przylegania partnerów procesu, a także metody wykrywania wad po procesie konsolidacji materiału. Ponadto, zastosowane wysokie napięcie sterowania podczas statycznych i dynamicznych testów potwierdza konkurencyjną sprawność prezentowanych elementów piezoceramicznych.

12

Proces projektowo - konstrukcyjny budowy wirujących dysków

Chlebus E., Górski P., Krot K., Hufenbach W., Czulak A.

Mechanik

|

2010

|

R. 83, nr 1

68-68

PL

Przedstawiono proces projektowo-konstrukcyjny dysków wirujących z dużymi prędkościami. Do analiz wykorzystano, opisane w literaturze, modele obliczeniowe tarczy o równej wytrzymałości oraz tarczy z otworem, o ustalonej grubości. Kolejny etap obejmował wykonanie modeli geometrycznych dysków. Zaprezentowano kilka wariantowych rozwiązań geometrii dysków. Na podstawie wykonanych analiz podjęto decyzję o budowie dwóch dysków: z kanałami radialnymi prostymi i zakrzywionymi.

EN

Presents the design and construction process of high speed rotating discs. For the analysis the authors used, described in literature, computational models of a uniform-strength disc and a disc of a constant thickness with a nole. Then geometrical models of discs have been designed. The authors showed a few different versions of disc geometry. Basing on carried out analysis the authors decided to build two kinds of discs: the disc with straight internal holes and the disc with bent internal holes.

13

Analiza wytrzymałościowa oraz badania niszczące wirujących dysków

Chlebus E., Górski P., Krot K., Hufenbach W., Czulak A.

Mechanik

|

2010

|

R. 83, nr 1

69-69

PL

Przedstawiono wybrane analizy numeryczne dysków wirujących z dużymi prędkościami. Obliczenia wykonano za pomocą metody elementów skończonych. Celem analiz było poznanie mechanizmu zniszczenia dysków oraz wyznaczenie prędkości przy której dyski ulegną zniszczeniu. Szczególnie istotne z punktu widzenia badawczego było porównanie otrzymanych wyników dla dysków z kanałami prostymi oraz zakrzywionymi. Po wykonaniu analiz numerycznych wykonane zostały badania niszczące dysków, na specjalnej maszynie wytrzymałościowej, umożliwiającej zniszczenie badanych części poprzez obracanie ich z wysokimi prędkościami.

EN

Presents selected numerical analysis of high speed rotating discs. Computations has been made using finite elements method. The goal of the analysis was to understand the disc-destruction mechanism and to determine the destructive speed. Especially important was to compare results obtained for two different kinds of discs: discs with straight internal holes and discs with bent internal holes. Destructive tests has been made on a special machine by rotating discs at a high speed.

14

Study of manufacture of CF/Al-MMC with aid of the gas pressure infiltration method

Hufenbach W., Gude M., Czulak A., Engelmann F.

Kompozyty

|

2010

|

R. 10, nr 3

213-217

EN

Constantly rising demands on extremely stressed lightweight structures, particularly in traffic engineering as well as in machine building and plant engineering, increasingly require the use of endless fibre-reinforced composite materials which, due to their selectively adaptable characteristics profiles, are clearly superior to conventional monolithic materials. Especially composites with textile reinforcement offer the highest flexibility for the adaptation of the reinforcing structure with regard to complex loading conditions. The load-adapted combination of three-dimensional reinforced semi-finished fibre products (textile preforms) made from carbon fibres (CF) with aluminium light metal alloys (Al) offers a considerable lightweight construction potential, which up to now has not been exploited. The textile CF reinforcements embedded in the light metal matrix offers improved properties of these metal matrix composites (MMC), thus causing better creep resistance, especially at high operating temperatures, and good energy absorption behaviour, as well as increased stiffness and strength. In addition, loadadapted CF/Al-MMC, due to the relatively high stiffness and strength of the metal matrix, allow the introduction of extremely high forces, thereby enabling a much better exploitation of the existing lightweight construction potential of this material in comparison to other composite materials. These studies show that the gas pressure infiltration technique was successfully used to prepare composites consisting of unidirectional as well as bidirectional Ni-coated carbon fibres in different Al-alloy matrix systems and using of graphite moulds. Most of these investigations aim at the use of high tensile strength (HTS) fibres despite high reactivity with Al.

PL

Stale rosnące wymagania w stosunku do ekstremalnie obciążonych konstrukcji lekkich, szczególnie w zakresie inżynierii ruchu drogowego, a także w budowie maszyn i urządzeń, w coraz większym stopniu wymagają stosowania materiałów kompozytowych wzmocnionych włóknami ciągłymi, które z powodu ich dopasowanych właściwości posiadają wyraźnie większe możliwości od tradycyjnych monolitycznych materiałów. Zwłaszcza kompozyty włókniste oferują największe możliwości dostosowania struktury wzmocnienia do złożonych warunków obciążenia. Odpowiednio dopasowane połączenie trójwymiarowo wzmocnionych półfabrykatów w postaci preform wykonanych z włókien węglowych (CF) z metalami lekkich stopów aluminium (Al) oferuje ogromny potencjał konstrukcji lekkich, który do tej pory nie został wykorzystany. Wzmocnienie węglowe w osnowie metali lekkich oferuje lepsze właściwości otrzymanych materiałów kompozytowych (MMC) z lepszą odpornością na pełzanie, szczególnie w wysokich temperaturach pracy, dobrą absorpcją energii, a także poprawę sztywności i wytrzymałości. Ponadto odpowiednio dostosowany do obciążenia CF/Al-MMC, ze względu na stosunkowo dużą sztywność i wytrzymałość osnowy metalowej, umożliwia przeniesienie dużych obciążeń, co pozwala na jeszcze lepsze wykorzystanie istniejącego potencjału tego materiału w porównaniu do innych materiałów kompozytowych. Przedstawione badania pokazują, że metoda infiltracji gazowej (GPI) została z powodzeniem wykorzystywana do wytwarzania kompozytów metalowych wzmocnionych jedno- i dwukierunkowo włóknami z powłoką Ni z różnymi stopami Al. z wykorzystaniem form grafitowych. W większości z tych badań użyto włókien o wysokiej wytrzymałości na rozciąganie (HTS) pomimo dużej reaktywności z Al.

15

Influence of different aluminium alloys on the material properties of CF/Al-MMC manufactured by GPI method

Hufenbach W., Gude M., Czulak A., Engelmann F.

Kompozyty

|

2010

|

R. 10, nr 2

143-148

EN

Carbon fibre (CF) reinforced aluminium (Al) composites show a high potential for lightweight design of structural components subjected to thermo-mechanical loadings. The relatively high stiffness and strength of the metal matrix allow the introduction of extremely high forces, thereby enabling a much better exploitation of the existing lightweight construction potential of this material in comparison to other composite materials. The manufacture of CF/Al-composites by the help of an advanced differential gas pressure infiltration (GPI) technique was developed at ILK, TU Dresden. Specimens made of carbon fibre reinforced aluminium metal matrix composites (CF/Al-MMC) were manufactured by GPI technology using moulds of graphite, nickel coated carbon fibres and different types of aluminium matrices. Examinations such as tensile tests, microscopic analysis and inspections of fracture surfaces provide a relation between mechanical properties of the manufactured CF/Al-MMC and the formation of their microstructure during the gas pressure infiltration process subjected to the type of aluminium matrix.

PL

Kompozyty wykonane z aluminium (Al) wzmocnionego włóknem węglowym (CF) wykazują ogromny potencjał w konstrukcjach lekkich elementów poddanych termomechanicznym obciążeniom. Stosunkowo duża sztywność i wytrzymałość osnowy metalowej umożliwia przeniesienie niezwykle dużych obciążeń, co pozwala na znacznie lepsze wykorzystanie istniejących możliwości konstrukcyjnych tego materiału w porównaniu do innych materiałów kompozytowych. Produkcja kompozytów CF/Al- za pomocą zaadaptowanej infiltracji ciśnieniowej (GPI) została opracowana w ILK, TU Dresden. Próbki aluminium wzmocnionego włóknem węglowym (CF/Al-MMC) zostały wykonane technologią GPI z użyciem form grafitowych z wykorzystaniem włókien węglowych powlekanych niklem oraz różnych rodzajów osnów aluminiowych. Przeprowadzone badania wytrzymałości na rozciąganie oraz analiza mikroskopowa powierzchni pękania pozwoliły dostarczyć informacji o zależnościach pomiędzy właściwościami mechanicznymi wytwarzanych CF/Al-MMC oraz powstałą mikrostrukturą w czasie procesu infiltracji gazowej w odniesieniu do rodzaju zastosowanej osnowy aluminiowej.

16

Frequency dependence of the self-heating effect in polymer-based composites

Katunin A., Hufenbach W., Kostka P., Holeczek K.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2010

|

Vol. 41, nr 1-2

9-15

EN

Purpose: The self-heating effect caused by viscous energy dissipation in polymer-based composite structures subjected to harmonic loads is considered to have a great influence on the residual life of the component. The purpose of the conducted investigations is the determination of the dynamic mechanical behaviour of a polymer-based composite material under different excitation frequencies and temperatures. Design/methodology/approach: The dynamic mechanical analysis was employed for measurements of temperature and frequency dependence of the complex rigidity parameters. Obtained loss rigidity curves for different load frequencies enable the determination of the glass-transition temperatures and finally frequency-dependence of the loss rigidity determined on the basis of the kinetic molecular theory and Williams-Landel-Ferry (WLF) hypothesis. Findings: The dependency between glass-transition temperature and excitation frequency has been investigated. The activation energy of the phase transition as well as the temperature dependence of the shift factor was calculated. The glass-transition temperature and constants of WLF equation enable the determination of temperature and frequency dependence of the loss rigidity according to the time-temperature superposition principle. Research limitations/implications: The ranges of temperatures were limited to 30-150 °C and excitation frequencies to 1-200 Hz, the behaviour of the composite material outside these ranges can be estimated based on the theoretical assumptions only. Obtained dependencies are correct only for linearly viscoelastic materials. Practical implications: Obtained dependencies can be useful for estimation of the mechanical and thermal degradation of polymer-based composites and can be subsequently applied for the determination of fatigue, crack growth and residual life of composite structures. Originality/value: The determination of temperature and frequency dependence of the loss rigidity gives an opportunity to obtain the self-heating temperature distribution of the polymer-based composite structures under harmonic loading.

17

Zastosowanie kompozytowego mieszadła SiC/C w układach mieszania zawiesin

Dolata-Grosz A., Hufenbach W., Śleziona J., Gude M., Czulak A.

Kompozyty

|

2009

|

R. 9, nr 4

373-379

PL

Główny cel podjętych badań, przedstawionych w artykule, dotyczył zaprojektowania, wykonania i weryfikacji technologicznej mieszadła z włókien węglowych i ceramicznej osnowy (SiC) w zastosowaniu do wytwarzania zawiesin kompozytowych. Założono, że zalety włóknistych kompozytów o osnowie ceramicznej, takie jak: odporność na oddziaływania cieplne, mechaniczne i chemiczne, poprawią trwałość mieszadła w stosunku do dotychczas stosowanych rozwiązań konstrukcyjnych (metal, grafit). Projekt mieszadła (2D i 3D) wykonano w programie Solid Works. Analizę stanu naprężeń łopatki wraz z fragmentem osi kompozytowej wykonano metodą elementów skończonych (MES). Do wytworzenia poszczególnych elementów mieszadła zastosowano metody nawijania, laminowania ręcznego, a następnie technologię infiltracji i pirolizy polimerowo-ceramicznym prekursorem (PIP). Testy laboratoryjne zaprojektowanego i wykonanego w ILK (TU Dresden) kompozytowego mieszadła w układzie SiC/C potwierdziły założenia projektowe dotyczące jego odporności cieplnej, mechanicznej i chemicznej. Badania zrealizowano w ramach współpracy polsko-niemieckiej pomiędzy Instytutem Konstrukcji Lekkich i Technologii Polimerowych w TU Dresden a Katedrą Technologii Stopów Metali i Kompozytów w Politechnice Śląskiej.

EN

Among the factors that have a considerable influence on the quality of metal composites reinforced with ceramic particles or short fibre, obtained via liquid-phase technologies, the most significant one is the quality of the composite suspension intended for casting. Its quality is determined by such factors as: the degree of gassing, a uniform reinforcing phase distribution and absence of chemical or solid impurities. In a mechanical stirring process, the quality of the mixture depends on a number of elements, the most important ones including the thermodynamic conditions (stable temperature and process pressure), physiochemical conditions (furnace atmosphere, chemical composition of the metal bath and reinforcing phase), and mechanical conditions (whirling speed, vortex shape and limitation of flow turbulence, and proper distribution of the reinforcing phase), the latter being the most difficult to implement and maintain their repeatability. The type of stirrer used in the process is responsible for the overall mechanical conditions. Its shape, durability and chemical resistance determine, to a large degree, the quality of the composite mixture obtained. In article were presented assumptions and choose results of investigations connected with material selection and technology production of prototype's ceramic stirrer with destination to work in environment of liquid metal. Main aim of undertake investigations concerned designing, realization and technological verification of carbon fibres and ceramic matrix (SiC) stirrer used to production of composite suspensions. It was made an assumption that advantages of fibres composites with ceramic matrix, such as: thermal, mechanical and chemical will increase durability of stirrer in comparison with so far constructional solutions applied (metal, graphite). Project of stirrer (2D and 3D) was made in Solid Works programme. State of tensions analysis in blade with part of composites axis was executed with Finished Elements Method (MES). To producing of each elements of stirrer methods the winding, hand laminating and then polymer infiltration and pyrolysis technique, (PIP) were applied. Further laboratory tests of the SiC/C composite stirrer, designed and developed in the ILK (TU Dresden) have confirmed rightness of the design, assumptions regarding the thermal, mechanical and chemical resistance of the stirrer. Investigation was made within the confines of German-Polish cooperation between Institute of Lightweight Engineering and Polymer Technology in TU Dresden and Department of Alloys and Composite Materials Technology in the Silesian University of Technology.

18

Wysokociśnieniowe zbiorniki kompozytowe wzmocnione wyplotem z włókna szklanego ze zintegrowanymi czujnikami światłowodowymi

Hufenbach W., Czulak A., Błażejewski W., Gąsior P.

Kompozyty

|

2009

|

R. 9, nr 2

107-111

PL

Przedstawiono metodykę wytwarzania prototypowych, wysokociśnieniowych zbiorników kompozytowych, wykonanych nowatorską - w odniesieniu do tego typu konstrukcji - techniką wyplatania włókna ciągłego. Wysokociśnieniowe zbiorniki kompozytowe znajdują zastosowanie w wielu dziedzinach, takich jak: przemysł samochodowy, lotnictwo, służby ratownicze itp. Tak duża popularność zbiorników kompozytowych jest głównie związana ze znaczną redukcją masy tego typu konstrukcji w porównaniu do standardowych zbiorników stalowych, przy zapewnieniu odpowiednio wysokiej wytrzymałości mechanicznej. Ciekawym przykładem jest lekki, wysokowytrzymały zbiornik przeznaczony do gromadzenia sprężonych paliw (np. metan lub wodór), niezbędnych do zasilania ogniw paliwowych (głównie H2) lub bezpośredniego spalania w samochodach, pojazdach specjalistycznych komunikacji miejskiej itp. Zastosowana innowacyjna technologia nakładania wzmocnienia z włókien szklanych w postaci wyplotu pozwoliła na zapewnienie powtarzalności wykonania oraz otrzymanie jakościowo dobrego materiału badawczego, przy porównywalnym czasie wytwarzania do metody nawijania. Do rejestracji pola odkształceń badanych obiektów wykorzystano czujniki światłowodowe (ang. Optical Fiber Sensors, OFS), umożliwiające ciągły (tzw. on-line) bądź też okresowy monitoring ich stanu technicznego. W trakcie procesu wyplatania zbiorników pomiędzy ostatnimi warstwami wzmocnienia zainstalowane zostały dwa rodzaje czujników OFS. Zastosowano czujniki punktowe w postaci światłowodowych siatek Bragga (FBG) oraz światłowodowe czujniki interferometryczne o długich ramionach pomiarowych (SOFO). Dodatkowo zainstalowano referencyjne czujniki FBG na zewnętrznej powierzchni zbiornika.

EN

In this paper, manufacture methodology of prototyping high-pressure composite vessel, manufactured with novel technique of braiding; according to this construction type is shown. High pressure composite vessels find broad application in many areas as: automotive industry, aeronautics, rescue services, etc. In comparison to standard steel vessels, composite vessels have many advantages. High mechanical strength and strong weight reduction make composite vessels popular in novel technologies. An interesting example is a lightweight, high pressure vessel destined to store compressed fuels like methane or hydrogen. These gases are necessary to supply the fuel cell (mainly H2) or to direct burning in the cars, special mobiles and different equipments (ex. Stationary power generator etc.). But the novel high-pressure composite vessel needs a very efficient manufacturing process and precise monitoring system. The novel braiding technology of glass fiber reinforcement structures has high potential to fabricate near-net-shaped fiber preforms of complex shaped composite vessels and allow to accelerate manufacturing process, ensuring the reproducibility and good quality of the specimens. The optical fiber sensors were used to register deformation areas, enabling their on-line or periodical technical monitoring. During braiding process, between last reinforcement layers, two types of optical fiber sensors were installed. Point sensors in form of Fiber Bragg Gratings as well as optical interferometrical sensors with long measure-ment arms (SOFO) were used. A FBG are novel optical sensors recorded within the core of the standard optical fiber. Addi-tional optical fibre sensors in form of FBGs for reference measurement were installed on the outer surface of pressure vessel.

19

Próby sycenia preform z włókien węglowych modyfikowanym stopem AlSi9Cu(Fe)

Dyzia M., Dolata-Grosz A., Śleziona J., Hufenbach W., Gude M., Czulak A.

Kompozyty

|

2009

|

R. 9, nr 3

210-213

PL

W ostatnich latach coraz więcej ośrodków badawczych prowadzi prace nad kompozytami o osnowie aluminium zbrojonymi włóknami węglowymi (AlMMC/CF). Ponieważ materiały te charakteryzują się wysoką sztywnością, wytrzymałością właściwą oraz niskim współczynnikiem rozszerzalności cieplnej i wysokim współczynnikiem przewodnictwa cieplnego i elektrycznego, potencjalnym obszarem ich zastosowań może być przemysł lotniczy, motoryzacyjny, a także elektroniczny. Głównym problemem w procesie wytwarzania kompozytów o osnowie aluminium jest reaktywność oraz zwilżalność w układzie Al-C. Poprzez modyfikacje stopu osnowy oraz powierzchni włókien zbrojących można w procesach ciekłofazowych uzyskać warunki dobrego połączenia na granicy osnowa-włókno zbrojące. Celem realizowanych badań była modyfikacja składu stopu AlSi9Cu(Fe), tak aby możliwe było jego wykorzystanie w warunkach procesu gazowej infiltracji preformy 2D CF (tkaniny wyplecionej z włókien węglowych HTS 40 A23 12K). Jako wstępne kryterium oceny modyfikacji stopu bazowego przyjęto zakres temperatury krzepnięcia oraz wyniki próby lejności, natomiast weryfikacją technologiczną była próba sycenia zrealizowana w ILK TU Dresden. Prezentowane wyniki są fragmentem badań realizowanych w projekcie "Kompozyty o osnowie aluminiowej ze wzmocnieniem tekstylnym typu 3-D (3D-CF/Al-MMC) dla elementów podlegających złożonym obciążeniom w przemyśle samochodowym i w budowie maszyn" realizowanego w ramach programu DFG.

EN

In last years more and more research centers leads works on aluminium matrix composites reinforcement with carbon fibres (AlMMC/CF). That kind of materials characterize high stiffness, specific strength as well as low coefficient of thermal expansion and high coefficient of thermal and electric conductivity. Potential area of application them could be aerospace, automotive, and also electronic industry. Main problem in process of production aluminium matrix composites is reactivity and wettability into Al-C system. Improper wetting and chemical reaction at interface boundary could be a reason of degradation mechanical properties of the composite. After through modifications of alloy matrix and surface of reinforced fibres it were been possible to get conditions of best's connection between matrix and fibre in liquid phases processes. The aluminium alloys used for composites must have appropriate strength. Carbon fibres are characterized by a high elasticity modulus (from 250 to 400 GPa) with deformation until failure of 1-3%. To take advantage of the strength, the matrix must show deformation higher than that of the fibres. In addition, from the point of view of the liquid-phase technology, the aluminium alloy matrix should be characterized by low viscosity, high surface tension and low reactivity with carbon. Al-Si alloys fulfill this condition. However, they contain at least 7% Si and have low plastic properties (total strain does not exceed 5%), and the composite is characterized by high brittleness. Modification of base alloy AlSi9Cu(Fe), was aim of realized investigations in the point of view utilization them in conditions of process of gas infiltration 2D CF textile (woven preform made on HTS 40 A23 12K fibres). As preliminary criterion of evaluation of the modification the range of solidification temperature was accepted as well as results of test of castability. However realized of infiltration test was technological verification at ILK TU Dresden. The obtained plate had a regular shape, without casting defects on its surface. On metallographic specimens, good filling of the space between fibres with the matrix metal and a continuous connection on the fibres-matrix interface were observed. The obtained research results justify the application of nickel coatings on the fibres, which, coupled with suitable alloy modification, should enable obtaining a composite which will meet the project assumptions including, first of all, appropriate technological and strength properties. Presented results are part of realized investigations in project "3D-textile rein-forced aliminium matrix composites (3D-CF/Al-MMC) for complex stressed components in automobile applications and mechanical engineering" in frames of programme DFG.

20

Processing studies for the development of a robust manufacture process for active composite structures with matrix adapted piezoceramic modules

Hufenbach W., Gude M., Modler N., Heber T., Winkler A., Friedrich J.

Kompozyty

|

2009

|

R. 9, nr 2

133-137

EN

Active composite structures based on thermoplastic matrix systems exhibit a high application potential for lightweight structures ready for series production, due to the high specific mechanical properties as well as the high design freedom combined with economic and reproducible manufacture processes. Moreover, the integration of additional functional components like material-embedded piezoceramic actuators or sensors in thermoplastic lightweight structures enables a purposeful manipulation of the dynamic and vibroacoustic structural behaviour. Among function integration like quality monitoring or active vibration and noise control, also structural applications for example in morphing structures and compliant mechanisms are possible. Thus fibre-reinforced thermoplastic composites with embedded material adapted piezoceramic modules offer a wide area of new applications. Actually the lack of efficient manufacture processes impeded the spread of these new material systems. The use of adaptive composite structures in series applications requires novel actuators and sensors with related manufacture processes capable for series production. This publication gives a contribution for the development of a robust and efficient manufacture process for such new active composites, which bases on a material and actuator adapted hot pressing technique for the realization of short cycle times. Therefore the main focus is put on experimental and theoretical studies for the integration of piezoceramic elements into fibre-reinforced structures. Besides the evaluation of design and process parameters, the influences of the processing parameters on the ceramic elements are investigated to create an adaptive composite structure without damaging of the brittle ceramic. Basic elements of these studies are new thermoplastic composite compatible piezoceramic modules (TPM), which are predestined for a material homogeneous actuator integration in fibre-reinforced thermoplastic composites by use of a welding process. The investigations show a successful manufacture and embedding of these novel piezoceramic modules into fibre-reinforced structures.

PL

Aktywne struktury kompozytowe bazujące na osnowie termoplastycznej, dzięki swym specyficznym właściwościom mechanicznym oraz łatwości projektowania wraz z ekonomicznym i powtarzalnym procesem wytwórczym, posiadają ogromny potencjał aplikacyjny w seryjnej produkcji struktur lekkich. Ponadto, integracja dodatkowych komponentów, jak wzbudniki piezoceramiczne bądź sensory w lekkiej strukturze termoplastycznej, pozwala na celową ingerencję w jej właściwości dynamiczne oraz wibroakustyczne. Oprócz tego umożliwia monitorowanie zużycia elementów, tłumienie wibracji i kontrolę szumu, ale również może zostać wykorzystana jako aplikacja w strukturach morficznych oraz układach podatnych. Kompozyty z osnową termoplastyczną wzmocnione włóknami ciągłymi wraz z umieszczonymi wewnątrz materiałowo dopasowanymi modułami piezoceramicznymi posiadają ogromny potencjał w zastosowaniach w dziedzinie aktywnych drgań oraz kontroli hałasu. Obecnie brak wydajnego procesu wytwarzania skutecznie hamuje popularyzację tych nowych systemów. Prezentowana publikacja przyczynia się do rozwoju stabilnego i wydajnego procesu wytwarzania tych nowych kompozytów aktywnych, opierającego się na dopasowanej metodzie prasowania na gorąco, pozwalającej na skrócenie czasu cyklu produkcyjnego. Z tego względu główny nacisk położono na badania eksperymentalne i rozważania teoretyczne dotyczące integracji układów piezoceramicznych w strukturach włóknistych. Podstawowym elementem tych badań są nowe moduły piezoceramiczne, kompatybilne z kompozytami termoplastycznymi (TPM), predestynowane do integracji jednorodnych wzbudników w termoplastycznych kompozytach włóknistych. Badania przedstawiają udane próby wytwarzania i wprowadzania tych nowoczesnych modułów piezoceramicznych do struktur wzmacnianych włóknami ciągłymi.